Mokry gaz

Mokry gaz to każdy gaz z niewielką ilością cieczy. Termin „gaz mokry” był używany do opisania zakresu warunków od wilgotnego gazu, który jest gazem nasyconym parą cieczy, do przepływu wielofazowego z 90% objętością gazu. Odbyła się debata na temat jego faktycznej definicji i obecnie nie ma w pełni zdefiniowanej ilościowej definicji przepływu mokrego gazu, która byłaby powszechnie akceptowana.

Mokry gaz jest szczególnie ważną koncepcją w dziedzinie pomiaru przepływu, ponieważ różne gęstości materiału składowego stanowią poważny problem.

Typowym przykładem mokrych przepływów gazu jest produkcja gazu ziemnego w przemyśle naftowym i gazowym. Gaz ziemny jest mieszaniną węglowodorów związki z ilościami różnych niewęglowodorów. Występuje w fazie gazowej lub ciekłej lub w roztworze z ropą naftową w porowatych formacjach skalnych. Ilość węglowodorów obecnych w fazie ciekłej wydobytego gazu mokrego zależy od warunków temperaturowych i ciśnieniowych złoża, które zmieniają się w czasie wraz z usuwaniem gazu i cieczy. Zmiany w zawartości cieczy i gazów zachodzą również wtedy, gdy mokry gaz jest transportowany ze złoża o wysokiej temperaturze i ciśnieniu na powierzchnię, gdzie ma niższą temperaturę i ciśnienie. Obecność i zmienność tego mokrego gazu może powodować problemy i błędy w możliwości dokładnego pomiaru natężenia przepływu fazy gazowej.

Ważne jest, aby móc dokładnie mierzyć te przepływy mokrego gazu, aby określić ilościowo produkcję z poszczególnych odwiertów i zmaksymalizować wykorzystanie sprzętu i zasobów, które pomogą w redukcji kosztów.

Warunki pomiaru gazów mokrych

Istnieje szereg specyficznych terminów używanych do opisania charakterystyki przepływu mokrego gazu:

Powierzchniowa prędkość gazu to prędkość gazu, gdyby w mokrym strumieniu gazu nie było cieczy. W mokrych przepływach gazu prędkość gazu jest większa ze względu na zmniejszenie powierzchni rury spowodowane obecnością cieczy.

Prędkość powierzchniowa cieczy to prędkość cieczy, gdyby w przepływie mokrego gazu nie było gazu.

Obciążenie cieczą to stosunek masowego natężenia przepływu cieczy do masowego natężenia przepływu gazu i jest zwykle wyrażany w procentach.

GVF – Ułamek objętościowy gazu to stosunek objętościowego natężenia przepływu gazu do całkowitego objętościowego natężenia przepływu.

LVF – Udział objętościowy cieczy to stosunek objętościowego natężenia przepływu cieczy do całkowitego objętościowego natężenia przepływu.

Hold up to pole przekroju poprzecznego zajmowane przez ciecz w rurze przenoszącej przepływ mokrego gazu.

Frakcja pustych przestrzeni to stosunek powierzchni przepływu zajmowanej przez gaz do całkowitej powierzchni przepływu.

Parametr Lockharta-Martinellego . Gaz jest ściśliwy, a gęstość zmienia się znacznie wraz ze zmianami ciśnienia. Z drugiej strony ciecze są uważane za nieściśliwe, więc ich gęstość nie zmienia się wraz ze zmianą ciśnienia. Jeśli ciśnienie mokrego układu gazowego wzrośnie, gęstość gazu wzrośnie, ale gęstość cieczy się nie zmieni. Gęstości składników przepływu są ważnym czynnikiem w pomiarze przepływu w odniesieniu do rzeczywistych ilości masowych obecnych płynów. Aby uwzględnić zarówno natężenia przepływu, jak i gęstości faz ciekłej i gazowej, powszechną praktyką jest definiowanie wilgotności lub nasycenia gazem cieczą za pomocą parametru Lockharta-Martinellego , określanego jako χ ( grecka litera chi), który jest bezwymiarową numer. Ten parametr można obliczyć na podstawie masowego natężenia przepływu lub objętościowego natężenia przepływu oraz gęstości płynów. Jest zdefiniowany jako:

{\ Displaystyle \ chi = {\ Frac {m _ {\ ell}} {m_ {g}}} {\ sqrt {\ Frac {\ rho _ {g}} {\ rho _{\ell}}}},}

Gdzie

${\ Displaystyle m _ {\ ell}}$ to masowe natężenie przepływu fazy ciekłej;
${\ displaystyle m_ {g}}$ to masowe natężenie przepływu fazy gazowej;
${\ Displaystyle \ rho _ {g}}$ to gęstość gazu;
${\ Displaystyle \ rho _ {\ ell}}$ to gęstość cieczy.

Ten parametr Lockharta-Martinellego χ można wykorzystać do zdefiniowania całkowicie suchego gazu, gdy wartość wynosi zero. Przepływ mokrego gazu ma wartość χ między zerem a około 0,3, a wartości powyżej 0,3 są zwykle określane jako przepływy wielofazowe.

Modele przepływu mokrego gazu

Zachowanie się gazów i cieczy w przepływającej rurze będzie wykazywać różne charakterystyki przepływu w zależności od ciśnienia gazu, prędkości gazu i zawartości cieczy, a także orientacji rurociągu (poziomo, ukośnie lub pionowo). Ciecz może mieć postać drobnych kropelek lub rura może być całkowicie wypełniona cieczą. Pomimo złożoności interakcji gazu i cieczy, podjęto próby skategoryzowania tego zachowania. Te interakcje gazu i cieczy są powszechnie określane jako reżimy przepływu lub wzorce przepływu.

Pierścieniowy przepływ mgły występuje przy dużych prędkościach gazu. Wokół pierścienia rury znajduje się cienka warstwa cieczy. Zazwyczaj większość cieczy jest porywana w postaci kropelek w rdzeniu gazowym. W wyniku grawitacji na dnie rury znajduje się zwykle grubsza warstwa cieczy niż na górze rury.

Przepływ warstwowy (gładki) występuje, gdy separacja grawitacyjna jest zakończona. Ciecz przepływa wzdłuż dna rury, podczas gdy gaz przepływa przez górę. Zatrzymanie cieczy w tym reżimie może być duże, ale prędkości gazu są niskie.

Warstwowy przepływ falowy jest podobny do uwarstwionego gładkiego przepływu, ale z większą prędkością gazu. Większa prędkość gazu wytwarza fale na powierzchni cieczy. Fale te mogą stać się wystarczająco duże, aby oderwać kropelki cieczy na szczytach fal i zostać porwanymi przez gaz. Te kropelki są rozprowadzane dalej w dół rury.

Przepływ ślimakowy to sytuacja, w której duże spienione fale cieczy tworzą ślimak, który może całkowicie wypełnić rurę. Ślimaki te mogą również mieć postać fali uderzeniowej, która występuje na grubej warstwie cieczy na dnie rury.

Wydłużony przepływ pęcherzyków składa się z przepływu głównie cieczy z wydłużonymi pęcherzykami znajdującymi się bliżej górnej części rury.

Przepływ rozproszony zakłada, że rura jest całkowicie wypełniona cieczą z niewielką ilością porwanego gazu. Gaz ma postać mniejszych pęcherzyków. Te pęcherzyki gazu mają tendencję do przebywania w górnym obszarze rury, ponieważ grawitacja zatrzymuje ciecz na dnie rury.

Pomiar gazu mokrego

Mogą wystąpić sytuacje, w których wymagane jest tylko natężenie przepływu pojedynczego kluczowego składnika gazowego, w takim przypadku można zastosować pomiar jednofazowy. Pomiar można następnie wyregulować, aby skompensować wpływ cieczy na miernik. Niektóre z dostępnych technik pomiaru fazy ciekłej obejmują:

Separator testowy , który określa natężenia przepływu faz poprzez fizyczne oddzielenie cieczy od gazu, przy czym każda faza jest następnie mierzona oddzielnie. Ta metoda dostarcza informacji o wszystkich fazach, które następnie można wykorzystać do obliczenia poprawki wymaganej dla licznika oraz do sprawdzenia przepływu gazu przez licznik. Ciśnienie i temperatura na separatorze testowym powinny być takie same jak na przepływomierzu gazu mokrego lub należy skorygować natężenia przepływu gazu i cieczy do warunków panujących na gazomierzu, ponieważ fazy mogą się różnić od mierzonych.

Pobieranie próbek polega na pobraniu próbki mokrego gazu z rurociągu w celu analizy w celu określenia składników składowych. Ważne jest, aby pobrać próbkę reprezentatywną zarówno dla frakcji fazy gazowej, jak i ciekłej oraz aby podczas pobierania próbek nie dochodziło do przenoszenia masy między fazami.

Metoda znacznika polega na wstrzyknięciu barwnika znacznika do strumienia mokrego gazu, a następnie pobraniu próbki z określonej odległości w dół strumienia w celu zmierzenia rozcieńczenia barwnika. Rozcieńczenie barwnika w fazie ciekłej służy do obliczenia natężenia przepływu cieczy. Ta technika może być raczej trudna do zastosowania, ponieważ uzyskanie dostępu do właściwych punktów potrzebnych do przeprowadzenia tego testu może być trudne.

Technologia mikrofalowa wykorzystuje wyższą przenikalność wody niż węglowodory do wykrywania całkowitej frakcji wody w fazie ciekłej i gazowej. Ponieważ wykrywa i mierzy tylko składnik wodny, ciekły składnik węglowodorowy musi być mierzony inną metodą.

Całkowity spadek ciśnienia w różnych ciśnieniomierzach wykorzystujących rurkę Venturiego do pomiaru przepływu powoduje spadek ciśnienia w przepływie, który jest częściowo odzyskiwany za miernikiem. W suchych przepływach gazu odzyskiwanie jest większe niż w mokrych przepływach gazu ze względu na składnik ciekły. Różnicę tę można wykorzystać do pomiaru frakcji ciekłej. Obejmuje to dodanie drugiego poboru ciśnienia za zwężką Venturiego, aby zapewnić pomiar częściowo odzyskanego spadku ciśnienia. Na tę metodę mogą wpływać zmiany ciśnienia w układzie i prędkości gazu.

Zaawansowane przetwarzanie sygnału ma zastosowanie tam, gdzie faza ciekła ma wpływ na sygnał pomiarowy, np. wahania ciśnienia w przepływomierzu DP lub zmiana prędkości dźwięku w przepływomierzu ultradźwiękowym. Złożona analiza i modelowanie tych sygnałów może określić przepływy cieczy i gazów.

Istnieje wiele dostępnych na rynku przepływomierzy gazu mokrego. Większość mierników wykorzystuje różnicę ciśnień dla fazy gazowej i formę wykrywania cieczy lub pomiaru gęstości mokrego gazu dla fazy ciekłej, zwykle wykorzystując jedną z technik wymienionych powyżej.

Zobacz też